DE2448271C2 - Strömungsregler für Leitungen - Google Patents

Description

chung des Federangriffs Hegt in einer, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Leitungsachse ausgerichteten, an dem Hebelarm angreifenden Schraubenfeder.

Damit die Federkraft verstellt werden kann, ist die Schraubenfeder zweckmäßigerweise an der Seite der Leitungswandung an einer verstellbaren Halterung befestigt. Beispielsweise ist die Feder an einem in die Leitung ragenden Stab befestigt, der mit seinem der Feder abgekehrten Ende an der Membran einer Druckluftbüchse sitzt, so daß er durch Fernsteuerung axial verschiebbar ist und damit die Vorspannung der Feder verändern L*ann.

Besonders wesentlich ist die Ausgestaltung der Erfindung, daß die Halterung mit einem axial verschiebbar und drehbar gelagerten Stab axial in die Schraubenfeder hineinragt und die Schraubenfeder mittels eines am Ende des Stabes angeordneten Querstiftes hält, der zwischen die Schraubenwindungen greift Während nämlich die erwähnte Axialverschiebung des Stabes durch die Druckluftbüchse nur die Vorspannung der Feder verändert, verkürzt oder verlängert eine Drehung des mit dem Querstift zwischen die Schraubenw^;,idungen greifenden Stabes die Feder durch Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Zahl der wirksamen Schraubenwindungen und läßt damit die Federkennlinie steiler bzw. flacher werden; die Möglichkeit zur Einflußnahme auf die Vorspannung der Feder besteht aufgrund der neben der Drehbarkeit vorgesehenen axialen Verschiebbarkeit des Stabes auch hier.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungsreglers kann als Einheitstyp gefertigt und dann durch entsprechende Einstellung der Federhalterung den jeweils gegebenen Regelbedingungen angepaßt werden.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung liegt hier noch einmal darin, daß der Stab mittels eines Gewindes gelagert ist, das die gleiche oder eine geringfügig kleinere Steigung hat wie bzw. als die Schraubenfeder im ungespannten Zustand.

Diese Maßnahme faßt beim Anpassen des Reglers an bestimmte Regelbedingungen das Einstellen der Feder auf eine bestimmte wirksame Federlänge mit der dabei im Hinblick auf die Vorspannungsverhältnisse der Feder notwendigen Verschiebung des äußeren Federbefestigungspunktes zu einer Manipulation zusammen:

Die Vorspannung der Feder bei öfi.iungsstellung der Klappe soll meist höchstens wenig über Null liegen, jedenfalls für schwache Vordrücke des strömenden Mediums. Man wird deshalb bei der größten wirksamen Federlänge den äußeren Federbefestigungspunkt, den genannten Querstift, so legen, daß die Feder bei Öffnungsstellung der Klappe fast nicht gespannt ist. Wird nun der Stab gedreht, so schraubt sich bei mit der Federsteigung übereinstimmender Gewindesteigung der Querstift lediglich in der Feder vor, d. h. er verkürzt die wirksame Federlänge auf eine geringere Windungszahl, ohne dabei Federwindungen nach außen zu ziehen und damit eine immer stärkere Vorspannung herbeizuführen. Werden beim Einschrauben des Stabes die wirksamen restlichen Federwindungen nur geringfügig herangerafft, also im Verhältnis zur Steilheit der Federkennlinie nur kleine Vorspannungen erzeugt, so wird dies jedoch in den meisten Fällen nicht stören.

Eine konstruktiv günstige Lösung kennzeichnet sich dadurch, daß der Stab durch einen an der Leitungswan- t-s dung angebrachten Rohrstutzen ragt und mit seinem Ende an einer auf den Rohrstutzen gesetzten Schraubkappe sitzt. Diese verstellbare Halterung kann nötigenfalls zwischen dem Stab und der Innenwand des Rohrstutzens abgedichtet werden; ferner kann bei entsprechender Bemessung der Rohrstutzen einen Teil der Feder aufnehmen, so daß diese eine größere Länge aufweisen kann.

Wird die Schraubenfeder mit einer Aussteifung versehen, so kann die Regelklappe auch für eine zwangsweise Schließung des Leitungsquerschnitts verwendet werden. Im Falle einer Schraubenfeder mit Fixlänge kann die Aussteifung beispielsweise aus in die Schraubenfeder eingelegten, zylindrischen und an einem Ende abgerundeten Klötzchen bestehen.

Schließlich wird mit Rücksicht auf die Funktionsgenauigkeit der Klappe, insbesondere auf die angestrebte empfindliche Lagerung, vorgeschlagen, daß in Strömungsrichtung hinter der Klappenwelle eine mit dieser fluchtende axiale Scheibe in der Leitung angeordnet ist, deren hinteres Ende nach Lage und Kontur im wesentlichen eine bezüglich der Strömung konforme Abbildung des erstgenannten Klappenschenkels bei einer mittleren Öffnungsstelle der Klappe ist- Ein* solche Scheibe schließt den Diffusorwinkel hinter dem erstgenannten Klappenschenkel ab, so daß zwischen diesem, der Scheibe und der vom Rand des Klappenschenkels ausgehenden Strömungswand die Luft eingeschlossen ist, also steht, und keine Turbulenzen auf den Klappenschenkel einwirken können.

Die gewinkelte Klappe steht zwar unter normalen Strömungsverhältnissen auch ohne ei.ie solche Scheibe stabil. Liegen gewisse Anregungsbedingungen vor, wie bestimmte Schwingungen in der Gassäule, so kann jedoch auch diese Klappe in Flatterbewegungen geraten. Die vorgesehene Scheibe kann dies mit der erwähnten eingeschlossenen Luft, die als dämpfendes Polster wirkt, verhindern, ohne andererseits, wie die üblichen, die Masse vergrößernden Dämpfungsmittel größere Lagerkräfte entstehen zu lassen und damit die Empfindlichkeit des Reglers zu beeinträchtigen. Wenn auch, «jenau genommen, verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten und Öffnungsstellungen der Klappe verschiedene Ausbildungen der Scheibe entsprechen, läßt sich die Scheibe doch hinsichtlich Form und Größe auf einen Mittelwert bringen, mit dem sie unter allen fliesen Verhältnissen in dem gewünschten Sinne wirksam ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von zeichnerisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen weiter erläutert. In den Zeichnungen stellt dar

F i g. 1 einen Strömungsregler im Längsschnitt gemäß Linie 1-1 in Fig.2,

F i g. 2 den Strömungsregler in einem dazu senkrechten Längsschnitt gemäß Linie H-II in F ig. 1,

F i g. 3 den Strömungsregler in einem Querschnitt gemäß LWk IM-III in Fig. 1 und2,

Fig.4 die Drehmoment-Kennlinie des Strömungsreglers,

Fig. 5 einen weiteren Strömungsregler in einem F i g. 1 entsprechenden Ausschnitt.

Ein rohrförmiges Reglergehäuse 1 mit rundem Leitungsquerschnitt iirt unter Einschiebung bis zu zwei nicht gezeichneten Sicken in eine Luftleitung, Gasleitung oder Flüssigkeitsleitung einsetzbar. In efva 3% Abstand von der Querschnittsmittelachse 2, bezogen auf den Durchmesser des Gehäuses 1, ist eine mit einer Spitzenlagerung 30 versehene Welle 3 angeordnet. An der Welle 3 sitzt eine in ihrem Längsschnitt mittig um etwa 30° gewinkelte Klappe 4. Sie ist an der Weüe 3 befestigt, indem drei Klemmkörper, von denen der mittlere mit 5 und die beiden äußeren mit 6 bezeichnet ist

bzw. sind, mit einem Absatz auf der Winkelkante sitzen und hier mit einem Fortsatz 7 die Klappe durchsetzen, der jeweils mit einer Bohrung auf der Welle 3 sitzt und eine in die Bohrung führende axiale Schraube aufweist, mittels derer die Welle 3 und die Klappe 4 vor dem Absatz aneinandergeklemmt sind. Die in F i g. 1 zu erkennende betreffende Schraube des mittleren Klemmkörpers 5 ist eine an ihrem Ende eine öse 8 aufweisende Stiftschraube, die mit ihrer etwas größeren Länge einen Hebelarm 9 bildet. Die beiden äußeren Klemmkörper 6 sind vor der Winkelkante der Klappe als zylindrische Gegengewichte ausgebildet, die die Schwerelinie der Klappe in die Drehachse der Welle legen. In der Öffnungsstellung, die durch eine noch näher beschriebene Scheibe 10 festgelegt ist, steht der eine Schenkel der Klappe 4 in Anlage an der Scheibe 10 parallel zur Rohrachse nach hinten, und der andere Schenkel ist schräg nach vorne ausgerichtet. In der strichpunktiert dargestellten SchlieüstelJung fäiit der letztere .Schenkel in eine Querschnittsebene des rohrförmigen Gehäuses 1, und der erstere Schenkel steht schräg nach hinten.

Gegenüber dem Hebelarm 9 ist in die Wandung des Reglergehäuses 1 ein Rohrstutzen 11 mit einem Außengewinde eingesetzt, auf dem eine Schraubkappe 12 von verhältnismäßig großer axialer Länge sitzt. An der Stirnwand dieser Schraubkappe ist ein durch den Rohrstutzen 11 in den Leitungsquerschnitt hineinragender und hier an seinem Ende mit einem Querstift 13 versehener Stab 14 befestigt. An den Stab 14 ist eine Schraubenfeder 15 in der Weise angesetzt, daß sie mit einigen Windungen an dem Querstift 13 vorbei auf ihn aufgedreht worden ist. Das andere Ende der Schraubenfeder 15 ist in die öse 8 des Hebelarms 9 eingehakt.

Die Schraubenfeder 15 ist bei der in F i g. 1 wiedergegebenen Länge in Öffnungsstellung der Klappe 4 kaum gespannt. Ihre Windungen weisen in diesem Zustand

eine Steigung aut, ate im wesentlichen gleich de
desteigung der Schraubkappe 12 ist.

Der Hebelarm 9 steht bei Öffnungsstellung der Klappe um etwa 10 bis 20° schräg zum Leitungsquerschnitt (in Fig. 1 übertrieben gezeichnet) und beschreibt bei Drehung der Klappe bis zu ihrer Schließstellung einen strichpunktiert dargestellten Kreisbogen 16. Es ist ersichtlich, daß dieser Kreisbogen an seinem ungefähr auf der geometrischen Achse des Stabes 14 liegenden Anfangspunkt verhältnismäßig schräg zur Federkraftrichtung steht und der Grad der Schrägstellung in Richtung auf das Ende des Kreisbogens ständig abnimmt, zumal die Feder bei der Drehung des Hebelarms etwas ausgelenkt wird; aus einem anfänglich fast senkrechten Verlauf zur Federkraftrichtung geht er in eine schließlich ungefähr gleiche Ausrichtung mit der Federkraft über. Hieraus resultiert ein überproportional mit der Drehung der Klappe 4 ansteigendes Drehmoment, bezogen auf das gleiche Drehwinkelmaß wie es in F i g. 4 dargestellt ist. Ein solches Drehmoment ist bei der hier betrachteten Reglerart mit gewinkelter Klappe erforderlich, um bei den verschiedenen möglichen Vordrucken durch entsprechende Klappenstellung hinter dem Regler stets gleichbleibenden Druck bzw. gleichbleibende Strömung zu erzielen.

Um den Strömungsregler auf einen vorgegebenen Regeldruck einzustellen, wird durch Drehung der Schraubkappe 12 der Stab 14 mehr oder weniger tief in die Schraubenfeder 15 hineingeschraubt und dadurch die wirksame Schraubenlänge mehr oder weniger verkürzt, so daß der Weg des Hebelarms 9 eine im Verhältnis mehr oder weniger stärkere Längung der Feder und somit eine mehr oder weniger stärker ansteigende Fc derkraft zur Folge hat. Die Vorspannung der Feder wird wegen der Übereinstimmung der Federsteigung mit der Gewindesteigung praktisch nicht verändert oder, bei ctwas geringerer Gewindesteigung, nur schwach vcrgrö ßert. Eine Feder, die bei der durch die räumlichen Verhältnisse in gewissen Grenzen festgelegten Gesamtlänge und längenmäßigen Verkürzungsmöglichkeit die erforderliche Abhängigkeit der Steilheit ihrer Federkennlinie von der Zahl der wirksamen Federwindungen aufweist, läßt sich beispielsweise durch entsprechende Wahl des Federdrahtdurchmessers und des Federdurchmessers finden.

Die Scheibe 10 erstreckt sich in der Axialrichtung des rohrförmigen Gehäuses I hinter der Welle 3 in einer Ebene mit dieser. Sie gliedert sich in einen rechteckigen, beidseitig an der Gehäusewandung anliegenden Abschnitt und einen an diesen sich anschließenden, annähernd Mälbkreisiörrnigcrs Abschni». Die hintere Kontur der Scheibe 10 ist eine bezüglich der Strömung konforme Abbildung des erstgenannten Klappenschenkcls bei einer in der Zeichnung gestrichelt angedeuteten mittleren Stellung der Klappe 4. d. h. sie liegt an der bei dieser Stellung von dem Rand des Klappenschenkels ausgehenden, gepunktet gezeichneten Strömungswand. Der Raum zwischen der Scheibe 10, dem Klappenschenkel und der Strömungswand ist dadurch strömungstechnisch abgeschlossen. Er bleibt infolgedessen frei von Turbulenzen, die die Klappe in Bewegungen versetzen können, und die in ihm eingeschlossene Luft wirkt auf die Klappe als ein dämpfendes Polster, wenn diese Schwingungsanregungen durch die Strömung ausgesetzt ist. Bei anderen Winkelstellungen der Klappe und auch Strömungsgeschwindigkeiten trifft zwar die hintere Scheibenkontur nicht mehr vollständig mit der Strömungswand zusammen, doch wird auch dann die Klappe von Strömungsunregelmäßigkeiten entlastet. Der hinterste Punkt des Scheibenendes liegt um etwas mehr als den Radius des Reglergehäuses hinter der Welle 3.

InFi g. 5, die ein weiteres Ausführungsbeispiel darstellt, sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in F i g. I bis 3. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3 greift hier an dem Hebelarm 9 eine Feder 17 von konstanter Länge an.

Diese wird an der Seite der Gehäusewandung durch einen Stab 18 gehalten, der längsverschieblich durch die Gehäusewsndung in eine Druckluftbüchse 19 geführl und an deren Membran 20 mittels eines Flansches 21 und einer Gegenscheibe 22 befestigt ist. Eine Druckte der 23 zwischen der Gehäusewandung und dem Flansch 21 ist von solcher Stärke, daß sie bei Anspannung dei Feder 17 bis zur Schließstellung der Klappe 4 kaurr reagiert, bei Beaufschlagung der Außenseite der Druck luftbüchse 19 mit Druckluft jedoch zusammengedrück werden kann. Der Innenraum der Feder 17 ist zwischer dem Ende des Stabs 18 und dem Ende des Hebelarms ί mit zylindrischen, an ihrem einen Ende abgerundeter Klötzchen 24 ausgefüllt

Soll die Feder 17 eine stärkere Vorspannung als ii dem in F i g. 5 wiedergegebenen Normalzustand erhal ten, wird der untere Teil der Druckluftbüchse 19 ent sprechend mit Druckluft beaufschlagt und damit de Stab 18 weiter herausgezogen. Durch Beaufschlagunj des äußeren Teils der Druckluftbüchse ist es infolge de Aussteifung der Feder 17 mit den Klötzchen 24 möglich die Klappe 4 zwangsweise zu schließen. Beides ist in de Zeichnung der Druckluftbüchse strichpunktiert ange deutet Die Klötzchen 24 wirken zugleich schwingungs

dämpfend auf die Feder 17. Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. I bis 3 kann die Feder eine Aussteifung, zugleich zur Schwingungsdämpfung, erhalten, beispielsweise in Form einer Ummantelung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

IO

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Ö5

Claims (1)

1 2

nem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeieh-

Patentansprüche: net, daß in Strömungsrichtung hinter der Welle (3)

eine mit dieser fluchtende, axiale Scheibe (10) in der

1. Strömungsregler für Leitungen, bei dem der Leitung angeordnet ist, deren hinteres Ende nach freie Leitungsquerschnitt durch eine Klappe verän- 5 Lage und Kontur im wesentlichen eine bezüglich der derbar ist, die auf einer nahe der Querschnittsmittel- Strömung konforme Abbildung des erstgenannten achse angeordneten Welle gegen eine Federkraft Klappenschenkels bei einer mittleren öffnungssteldurch die Strömung in Schließrichtung verdrehbar lung der Klappe (4) ist

ist und die Klappe nahe der Welle gewinkelt ist, 13 Strömungsregler nach Anspruch 12, dacurch wobei ihr einer Schenkel in Öffnungsstellung im we- 10 gekennzeichnet, daß das hintere Scheibenende ansentlichen parallel zur Leitungsachse nach hinten nähernd die Kontur eines Halbkreises vom Radius und in Schließstellung schräg nach hinten ausgerich- des lichten Leitungsquerschnitts hat und die Scheibe tet ist und ihr anderer Schenkel in Öffnungsstellung (10) sich etwa auf einer Länge vom Doppelten dieses schräg nach vorn und in Schließstellung im wesentli- Radius' hinter der Welle (3) erstreckt,
chen rechtwinklig zur Leitungsachse ausgerichtet 15
ist, nach Patent 23 33 694, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft (15; 17) von der

Leitungswandung her an einem auf der Welle (3)

befestigten Hebelarm (9) derart angreift, daß der

Kraftangriffspunkt (8) bei Drehung der Klappe (4) 20 Die Erfindung betrifft einen Strömungsregler für Lei-

aus der OffnusgssteUung in die Schließstellung einen »ungen, bei dem der freie Leitungsquerschnitt durch ei-

Kreisbogen (16) beschreibt, der am Anfang schräger ne Klappe veränderbar ist. die auf einer nahe: der Quer-

zur Federkraftrichtung(15; 17) steht als am Ende. Schnittsmittelachse angeordneten Welle gegen eine Fe-

2. Strömungsregler nach Anspruch 1, gekenn- derkraft durch die Strömung in Schließrichtung verzeichnet durch eine, vorzugsweise im wesentlichen 25 drehbar ist und die Klappe nahe der Welle gewinkelt ist, senkrecht zur Leitungsachse ausgerichtete, an dem wobei ihr einer Schenkel in Öffnungsstellung im wesent-Hebelarm (9) angreifende Schraubenfeder (15; 17). liehen parallel zur Leirungsachse nach hinten und in

3. Strömungsregler nach Anspruch 2, dadurch ge- Schließstellung schräg nach hinten ausgerichtet ist und kennzeichnet,daßdieSchrauberifeder(15;17)ander ihr anderer Schenkel in Öffnungsstellung schräg nach Seite der Leitungswandung an einer verstellbaren 30 vorn und in Schließstellung im wesentlichen rechtwink-Halterung(ll —<4;i8—23) befestigt ist. Hg zur Leitungsachse ausgerichtet ist. nach Patent

4. Strömungsregler nach Anspruch 3, dadurch ge- 23 33 694.

kennzeichnet, daß die HaLerung-,/1 —14) mit einem Der genannte eine Schenkel steht dann in Schließstel-

axial verschiebbar und drehbar gelagerten Stab (14) lung schräg nach hinten, der andere in Öffnungsstellung

axial in die Schraubenfeder (15) h../einragt und die 35 schräg nach vorn der Strömung entgegen.

Schraubenfeder (15) mittels eines am Ende des Sta- Solche Strömungsregler zeichnen sich, abgesehen

bes (14) angeordneten Querstiftes (13) hält, der zwi- von weiteren Vorzügen, durch eine Arbeitsfähigkeit bei

sehen die Schraubenwindungen greift. besonders geringen Drücken aus.

5. Strömungsregler nach Anspruch 4, dadurch ge- Die vorliegende Erfindung bezwec't die Empfindkennzeichnet, daß der Stab (14) mittels eines Gewin- 40 lichkeit und Funktionsgenauigkeit von Strömungsregdes gelagert ist. das die gleiche oder eine geringfügig lern der genannten Gattung noch zu steigern sowie weikleinere Steigung hat wie bzw. als die Schraubenfe- tere, weiter unten erwähnte Vorteile zu erzielen.

der (15) im ungespannten Zustand. Gemäß der Erfindung ist dazu vorgesehen, daß die

6. Strömungsregler nach Anspruch 5, dadurch ge- genannte Federkraft von der Leitungswandung her an kennzeichnet, daß der Stab (14) durch einen an der 45 einem auf der Welle befestigten Hebelarm derart an-Leitungswandung angebrachten Rohrstutzen (11) greift, daß der Kraftangriffspunkt bei Drehung der ragt und mit seinem Ende an einer auf den Rohrstut- Klappe aus der Öffnungsstellung in die Schließstellung zen (11) gesetzten Schraubkappe (12) sitzt. einen Kreisbogen beschreibt, der am Anfang schräger

7. Strömungsregler nach Anspruch 3, dadurch ge- zur Federkraftrichtung steht als am Ende,
kennzeichnet, daß die Schraubenfeder (17) an einem 50 Dieser in den Leitungsquerschnin verlegte und durch

g in die Leitung ragenden Stab (18) befestigt ist, der die abnehmende Schrägstellung des Hebelarmkreisbo-

g durch Fernsteuerung axial verschiebbar ist. gens aus der Proportionalität der Federkraft in eine für

fei 8- Strömungsregler nach Anspruch 7, dadurch ge- die Klappe benötigte, überproportional ansteigende

ρ kennzeichnet, daß der Stab (18) mit seinem der Hebelkraft umgesetzte Federkraftangriff erlaubt eine

:;): Schraubenfeder (17) abgekehrten Ende an der Mem- 55 empfindlichere Lagerung der Welle als die in der

p braif(2O) einer Druckluftbüchse (19) sitzt. Hauptanmeldung vorgeschlagene Einleitung des Dreh-

C, 9- Strömungsregler nach einem der Ansprüche 2 moments durch die Welle von außerhalb des Leitungs-

p bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfe- querschnittes, so daß der Regler bei noch geringeren

ψ der(17) mit einer Aussteifung (24) versehen ist. Drücken ansprechen kann. Es ist eine Spitzcnlagerung

I^ 10. Strömungsregler nach den Ansprüchen 7 und 60 der Welle möglich, bei der jegliche Berührung der Lci-

f~ 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussteifung aus tungswandung durch den Klappenrand mit Ausnahme

l: in die Schraubenfeder (17) eingelegten, vorzugswei- des Anliegens in der Schließstellung entfällt. Darüber

j''·' se zylindrischen und an einem Ende abgerundeten, hinaus ist die neue Federanordnung in der Leitung cin-

Klötzchen (24) besteht. fächer. Schließlich ist als erheblicher Vorteil die Mög-

11. Strömungsregler nach einem der Ansprü- 65 lichkeit zu nennen, daß der Strömungsregler dient aus-

., ehe 1 —9, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) geführt werden und damit auch in Gasleitungen und in

ι der Klappe (4) eine Spitzenlagerung (30) aufweist. Flüssigkeitsleitungen eingesetzt werden kann.

^r 12. Strömungsregler nach Hauptpatent oder ei- Eine besonders einfache und geeignete Verwirkli-